SOC与SIP小芯片两种IP互联技术

在文章《芯片设计与加工》最后IP互联的两种常用方式，一种是SOC，第二种SiP这种小芯片技术（胶水芯片）。本篇文章主要是梳理这两种常用连接技术的一些基本概念，至于独立IP内部的功能原理，这里不做探讨，只做简单说明。

IP是一个独立的硬件功能模块单元，WiFi、网卡、电源管理、USB、SPI等等，这些功能硬件IP基本上都有自己固有的一套工作协议，硬件设计直接实现物理层连接纤细，进而可以大大提高数据处理能力提升产品开发周期。当然，另外一个重要原因是这些物理逻辑协议与业务逻辑关联不大，只需要取公认的效率最好的一种到两种方法即可，不需要太多的复杂场景。这种情况下硬件直接实现其逻辑是最好的一种方式。

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常见的IP核互联技术深度：小芯片时代来了！

AMD的胶水infinity fabric技术：

AMD从Ryzen这代起启用了新的芯片内、外部互连：Infinity Fabric。

Infinity Fabric实际是由传输数据的Infinity Scalable Data Fabric(SDF)和负责控制的Infinity Scalable Control Fabric(SCF)两个系统组成，如果把Infinity SDF比作芯片运输数据的血管，Infinity SCF就是芯片的神经了。

Summit Ridge

SCF

SDF

SDF的设计目标是连接很多引擎的情况下，仍能保持传输数据的高拓展性。而SCF则是将不同的SoC纳入同一控制下的系统。这些SoC不仅包括桌面版的CPU Summit Ridge，还包括服务器的CPU Naples、移动版的APU Raven Ridge、以及GPU Vega系列。Ryzen以后的AMD SoC都将基于Infinity Fabric打造。

IF是将数据传输和控制集为一体的AMD自主IP，算得上是内部机密，不会对其他厂商公开规格。因为IF算是AMD为了给自家产品提供互联才开发的，但其他厂商的设计如果想获取授权，集成IF就很容易。

AMD Mark Papermaster（SVP&STO）

IF将成为AMD产品的基石

Infinity Fabric SDF在片上（on die）和芯片间连接（off-die）有两个不同的系统。片上的SDF在芯片里将CPU核心、GPU核心、IMC等连在一起，而芯片间的SDF负责在封装上将不同的die连在一起，或者多路插槽连接。

这些Infinity Fabric的逻辑层都是通用的，逻辑层协议通用了，on-die和off-die连接协议无需转换。

Infinity Fabric是具有高拓展性的协议，在一定节点数量内能保持高效率，SDF至少在64核内能保持良好的拓展性能（包括off-die）。Papermaster称双路也能带来几乎两倍的性能。

4核拓展到8核效率几乎100%

单路32核一直到双路64核也能保持高效率

另外重要的一点是IF能作为CPU和GPU的一致性连接，之前AMD使用的是业界标准的accelerator interconnect，这次也被off-die的IF代替了。

SDF的协议层是基于AMD以前的Coherent HyperTransport的，但和HyperTransport（HT）并不兼容。

“SDF的内存一致性基于HyperTransport，但拓展了逻辑层。技术上的出发点是HyperTransport，但逻辑层是不同的，因为没有必要兼容HyperTransport，也就可以自由更换协议。”

SDF会被称为“Scalable（可拓展）”的原因是，它很灵活，可以根据不同SoC优化配置。

比如今年下半年移动版的Raven Ridge APU上采用的SDF，就和桌面版八核Ryzen的SDF有显著区别。但它们都是Infinity Fabric，架构也相同。

APU上的GPU对带宽需求很大，需要高位宽的内部连接。之前的APU为了解决这个问题，把CPU到内存的总线连接和GPU到内存的总线连接分开了，这导致CPU和GPU的协同工作很困难。AMD可能会通过SDF解决这个问题。因此，SDF在Ryzen的CPU版和APU版会有很大不同。

也就是说，虽然不同产品的SDF都用的是同一个架构，但会根据不同产品调整配置，做出物理上的优化之类。

当前的服务器版本 - Naples的SDF用的是PCIe 3.0物理层。Naples 32核提供了128条高速I/O，可供PCIe3.0、SATA、NVMe和Infinity Fabric使用。双路的情况下，两颗CPU之间使用64条互连，剩余的2x64条留给I/O。

由于Naples 32核是4xMCM封装，所以在封装内部应该也用的是Infinity Fabric互连，互连后剩下的I/O就可以供外部设备/Infinity Fabric使用。

节点间采用Gen-Z，而不是Infinity Fabric

Infinity Fabric连接了on-die和off-die以及多路CPU间的通信，那么节点间是否会用Infinity Fabric呢？

传统上，HPC需要高带宽的节点间连接，目前数据中心也需要这样的。Intel发布的“Omni-Path”就是此类。但AMD不准备把IF推向节点间连接。因为AMD准备采用开放标准。

IF是AMD为了不被芯片内部互连和多路互连的优化所限而开发的，除此之外的比如NVM、FPGA的连接就需要和其他企业合作。Intel采用了自己独家的技术，但AMD不会这么做。集群和外部的连接这方面，AMD会和业界全体合作。

因此AMD参与了“Gen-Z”联盟，旨在开发一个开放的互连标准。

之前AMD收购ARM服务器制造商SeaMicro时，准备采用他们的“Freedom Fabric”，现在来看，几年间AMD做出了策略的转向。

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